Multifunctional Fuselage Demonstrator: Pionierarbeit für nachhaltige Flugzeuginnovation

Reduzierte Treibstoffemissionen, Energieverbrauch und Fähigkeit, Ein-Schlauch-Verkehrsflugzeuge mit Raten ≥ 60/Monat zu produzieren, treiben Clean Sky 2 Europapartnerschafts-Technologieentwicklung für nächste Flugzeuggeneration ab 2035+. Leichte Composites und schnellere, umweltbewusstere Fertigungsprozesse machen Ziele Realität – besonders für Multifunctional Fuselage Demonstrator (MFFD) Projekt.

Hauptdeliverable: 8 Meter langer, thermoplastischer Composite, Ein-Schlauch-Verkehrsflugzeug-Rumpfbarrel-Demonstrator, Fertigstellung 2022. Leitend: Airbus (Hamburg, Deutschland) mit Partnern aus Wissenschaft und Luftfahrtindustrie. MFFD ist eines von drei Vollskala-Rumpfsektionen in Clean Sky 2 Large Passenger Aircraft (LPA) Innovative Aircraft Demonstrator Platform (IADP).

Seit 2014 laufendes MFFD-Projektziele:

• Produktionsraten 60-100 Flugzeuge/Monat ermöglichen
• Rumpfgewicht -1.000 kg
• Wiederkehrende Kosten -20 %

Dutzende Einzelprojekte/Workpackages, zwei Hauptstrukturen: oberer und unterer Rumpfschalen, zusammengefügt zum finalen Demonstrator. Staubfreies Fügen (ohne Niete/Löcher) via Schweißen – Hauptprogrammkomponente. Beide Hälften aus Toray Cetex TC1225 Low-Melt Polyaryletherketon (PAEK) Carbonfaser-Thermoplast-Prepreg (Toray Advanced Composites, Morgan Hill, Kalifornien, USA). Laut Dr.-Ing. Lars Larsen, Leiter Fügetechnologien DLR (Augsburg, Deutschland): beide Hälften testen unterschiedliche Fertigungstechniken.

Unterer Rumpfsektion: Projekt STUNNING (SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe) mit Unterprojekten (z.B. MECATESTERS: Induktionsschweißen). Untere Sektion: untere Rumpfschale mit geschweißten Stringern und Frames, Kabinen- und Cargobodenstruktur, relevante Interior- und Systemelemente.

STUNNING Lead: GKN Fokker (Papendrecht, Niederlande) mit Key Partnern Diehl Aviation (Laupheim, Deutschland), Netherlands Aerospace Centre NLR (Amsterdam), TU Delft. Ziel: Reifung automatisierter Montageprozesse, Thermoplast-Fertigung, Schweißtechnologien, integriertes Design/Fertigung, fortschrittliche Elektroarchitekturen.

„Industrieimpact zweifach: Automatisierungsgrad bei Demonstrator-Montage, nachhaltige Teilefertigung“, sagt Dr. Bas Veldman, Program Manager GKN Fokker.

Laut Veldman Paper (Feb 2020): Modulare Montage unterer Rumpf Schlüssel für schnelle Produktionszeiten. Hauptskin: große Prepregs aus Carbonfaser/Thermoplast per Ultraschall-/Laser-beheizter ATL-Maschine (nicht in-situ konsolidiert). Details per AFP-Maschine. Roboter platzieren Preforms in Female-Konsolidierungsform, nach Bagging Autoklav-Konsolidierung. Out-of-Autoclave auch in Untersuchung. Stringer/Frames an Skin geschweißt.

„Ursprünglich Plan: alle Teile dieses Jahr“, so Veldman, aber Corona-Verzögerungen: „Transition ins nächste Jahr. Aber etliche Teile完成: kleinere Pressformteile (Clips, Streben, Halterungen) für Sitzbefestigung etc. Nachhaltige Fertigung: einige Clips aus Wiederverwendung von Verschnitt anderer Demonstrator-Teile via Clean Sky 2 Projekt ECO-CLIP.“

Seit Anfang 2020: Konsortium für 8 m obere Schale: Airbus, Premium Aerotec (Augsburg, Deutschland) – Industrial/Structural Design Lead; DLR – Skin Layup & Schweißtechnologie; Aernnova (Vitoria-Gasteiz, Spanien) – Stringer.

Design obere Hälfte. Foto: DLR

Für Transition zu teureren Thermoplast-Materialien, so Larsen: „Wir müssen zeigen, dass wir Produktionskosten sparen.“ Obere-Hälfte-Konsortium: neuartige AFP-Technologie mit In-Situ-Konsolidierung für Carbonfaser/PAEK Skin Layup, Industrialisierung kontinuierlicher Ultraschall- und Widerstandsschweißung für Stringer/Frames/Integration – Sicherheit, Kostensenkung. DLR baut zuerst 1 m Pre-Demonstrator-Testschale zur Technologievalidierung vor Vollskala-Demonstrator. Skin für Pre-Demo bis Ende 2020 geplant. Stringer-Integration early 2021.

Vollskala beide Hälften Ende 2021 erwartet. Danach Schweißen zum finalen Demonstrator am Fraunhofer IFAM (Stade, Deutschland).